雷达干扰信号采集分析系统设计

杨亚波

(91404部队，河北 秦皇岛 066000)

0 引 言

作为舰艇系统作战的“千里眼”，雷达主要对空中威胁目标及时预警并稳定跟踪，为武器系统提供可靠的目标指示信息。随着信息对抗技术的不断发展，雷达面临着越来越复杂的电磁环境。如何在复杂电磁环境下发挥雷达有效探测性能成为了现在一项重要的研究课题。[1]在雷达抗干扰性能评估系统中，越来越注重量化数据的评估。[2]目前，一些较为先进的雷达可实时采集原始数据，用于分析雷达在干扰环境中面临的干扰强度等级。

本文从系统组成、工作原理和工作流程等方面介绍一种雷达干扰信号采集分析系统，用于接收被试雷达天线口面处的干扰信号，并对干扰信号波形进行采集和存储，事后从存储设备进行回放，同时分析干扰信号的频谱特征和时域特征，为雷达抗干扰定量评判提供依据。[3-4]同时，设备具有良好的便携性，较低的功耗，确保设备在外场试验中能够较长时间地工作。

1 系统组成及原理

系统主要由干扰接收天线、辅助接收天线、采集和存储主机、显控终端及附属设备等组成。系统的主体设备安装在便携式机箱内，通过外部计算机或笔记本终端控制模拟器系统。

系统工作示意图如图1所示。

图1 系统工作示意图

采用两个喇叭天线进行两个不同方向的干扰信号接收，1个辅助天线进行雷达信号接收，用于对消雷达发射信号。对天线接收到的信号进行幅度控制和频率变换，输出中频信号到信号采集处理单元进行信号采集和处理。将处理后的数据连续高速存储到高速存储单元。运行实时信号监测软件，对采集和存储设备进行控制管理，并以图表方式实时显示采集信号分析结果。运行事后分析软件，从存储单元中读取并进行波形回放，同时分析采样信号的频谱特征和时域特征，给出干扰参数分析结果。

系统工作原理图如图2所示。

图2 系统工作原理框图

2 系统工作模式设计

首先根据试验的航线规划选定合适的设备架设点位，对指定空域的干扰信号进行测频、脉冲参数测量，供信号分选软件分析处理，并把处理结果显示、存储，事后通过Matlab软件进行事后数据分析。

系统工作流程图如图3所示。

图3 系统工作流程图

系统工作分试验过程中的实时采集、信号分析模式和试验后的事后回放及分析模式。实时采集和信号分析在试验中同时进行。

2.1 实时采集模式

系统通过两个喇叭天线对两个不同方向干扰信号实时采集和存储。具体流程如下：

(1) 将天线和设备架设在被试雷达附近，将两路接收天线喇叭分别对准两个不同方向的干扰辐射源，将辅助天线对准雷达发射方向；

(2) 辅助天线直接接收雷达发射信号，并进行宽带检波，得到雷达发射信号脉冲传输给信号处理单元，使采集设备在雷达发射期间不接收干扰信号；

(3) 两个不同方向的干扰接收天线分别接收不同方向的干扰信号，并将干扰信号采样和处理，存储在高速存储单元。

2.2 实时信号分析模式

完成信号实时采集后，系统对干扰信号实时侦收和测量，包括信号频率、脉宽实时测量和分选、实时干扰频谱估计等。[5]工作流程如下：

(1) 按照实时采集流程，将天线和设备架设在被试雷达附近，辅助天线接收雷达发射信号，干扰接收天线接收不同方向的干扰信号，同时将干扰信号进行实时持续采样和测量；

(2) 对信道化测量数据进行脉冲分选和识别处理，根据测量结果进行干扰信号频率和带宽估计，通过千兆以太网输出到控制终端计算机；

(3) 控制终端计算机对处理后的干扰信号进行图像化显示，包括干扰信号列表显示、干扰信号的频率图、脉宽图和重复周期图等显示，并将分析结果保存在计算机硬盘。

2.3 事后回放和分析模式

系统在试验中实时采集两个方向的干扰信号数据，并将数据保存在大容量高速存储单元中，事后选择其中一路，并从存储单元中读取该记录数据进行回放，显示信号的时域和频域特征图。同时，通过绘制脉内时频图，分析脉内调制特征，为雷达抗干扰定量评判提供依据，主要包括:(1)对存储数据进行信道化滤波，然后进行数字检波、测频、测幅、到达时间测量、脉宽测量，分选后得到信号的频率、幅度、脉宽以及重复周期等；(2)对存储数据进行处理，估计干扰信号的中频频率、带宽、功率等；(3)通过对脉内信号的特征分析，识别干扰信号的脉内调制类型；(4)以图形形式显示关心信号的时域波形图、频谱图等，以列表方式显示干扰信号的参数，包括频率、带宽、功率、脉宽、重复周期、调制样式等。

2.4 系统时统设计

系统在设计时需考虑自身时统同步和外部设备同步。自同步为设备自身进行调试时同步设备内部各控制器件的信号在没有外部时统设备同步时钟时由系统计算机内部产生，时钟最小周期控制为1 ms。外部同步信号是由外部时统设备提供全局的同步信号。有外部时统设备同步时，根据GPS秒脉冲同步计数产生最小1 ms的时钟周期，当有数据记录或者侦收处理结果时读取当前的ms级时钟作为数据记录的起始，后续采样点的时间可根据采样率计算获得。

干扰信号采集设备与雷达装备接入同一时统，产生同步工作时序，便于在信号接收、分析和雷达信号对消等同步、精准处理。

2.5 系统标校

系统工作时根据需求进行功率标校，目的是将显控界面显示功率值标校为天线口面的信号功率密度。标校流程如下：(1)使用标准信号源自高频前端注入，设置信号源频率和输出功率；(2)在设备端设置系统侦收频率，记录侦收信号的频率和幅度；(3)对照输入端信号源功率和设备端接收信号幅度值，将测量幅度校准到前端输入功率值(电缆损耗统一考虑在内)；(4)考虑天线口面有效面积，将测量得到的功率幅度值换算为信号在天线口面处的功率密度。

进行上述标校后，在实际使用时可将采集设备架设在雷达附近，在远场条件下向雷达及采集设备辐射同一信号，根据雷达侦收到的信号幅度及采集设备天线口面处的信号功率密度进行雷达功率与采集设备功率的校准检查。

3 结束语

本设计实现了一种雷达干扰信号采集分析系统，通过对干扰信号的接收、采集、处理、显示和回放等，实现对干扰信号的测量和分析，可以有效帮助雷达完成抗干扰定量评估，对于雷达抗干扰定量评估体系建立具有一定的工程价值。